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1、为了适应公司新战略的发展，保障停车场安保新项目的正常、顺利开展，特制定安保从业人员的业务技能及个人素质的培训计划石墨烯可否当高温材料石墨烯材料的制备性能及应用前景摘要：石墨烯，一种由单层碳原子紧密堆积成的二维蜂窝状晶格结构碳质材料，至XX年发现以来，已在实验科学和理论科学上受到了极大的关注。由于其具有特殊的纳米结构以及优异的性能，基于石墨烯的材料已在电子学、光学、磁(来自:写论文网:石墨烯可否当高温材料)学、生物医学、催化、传感器、储能等诸多领域显示出了巨大的应用潜能。同时石墨烯因其具有独特的电子能带结构和具相对论电子学特性，是迄今为止人类发现的最理想的二维电子系统，且具有丰富而新奇的物理特性
2、。本文将重点介绍石墨烯的制备，性能及其广泛的应用前景。关键词：石墨烯制备方法性能相关应用AbstractInthelastthreetofouryears,graphenewithuniquestructureandpropertieshasfascinatedthescientificcommunityandattractedmuchattentionfromchemical,physicalandmaterialscientistssinceitbecameavailableinpreparationmethodsofgraphene,thepreparationoffunctionali
3、zedgraphene,propertyandrecentapplicationswerediscussed,andthenthedevelopmentperspectiveandthefutureworkwereenvisaged.Wecansynthesizegraphenewithsinglelayer,highconductivityandhighqualitybyusingtheadvantagesofthevariousmethods.Suchamethodhasbecomeastrategicstartingpointfortheindustrialapplicationofgr
4、aphene,andremarkableprogressinapplicationoffunctionalizedgraphenehasbeenmadeinthelastfewyears.Keywords：graphene,functionalizedgraphene,synthese,property,application1.石墨烯的制备：XX年，英国曼彻斯特大学的安德烈K海姆(AndreK.Geim)等制备出了石墨烯。海姆和他的同事偶然中发现了一种简单易行的新途径。他们强行将石墨分离成较小的碎片，从碎片中剥离出较薄的石墨薄片，然后用普通的塑料胶带粘住薄片的两侧，撕开胶带，薄片也随之一分为
5、二。不断重复这一过程，就可以得到越来越薄的石墨薄片，而其中部分样品仅由一层原碳子构成他们制得了石墨烯。经研究发现,合成石墨烯的方法已有很多,例如微机械剥离、化学气相沉积、氧化-还原,以及最新溶剂法和溶剂热法,其中氧化-还原法以其简单和多元化的工艺,成为制备石墨烯及功能化石墨烯的最佳方法。近年来的研究表明,石墨烯的功能化解决了石墨烯自身难加工的特性,开拓了石墨烯的应用领域,使其具有许多优异的力学、热学、电学和化学性能,引起了整个科学界的关注,取得了重大成果。本文着重介绍了几种制备石墨烯方法的优缺点并总结了这些方法的实质,为规模化制备高质量石墨烯提出了新思路。微机械剥离法XX年,Geim等首次用微
6、机械剥离法,成功地从高定向热裂解石墨(highlyorientedpyrolyticgraphite)上剥离并观测到单层石墨烯。Geim研究组利用这一方法成功制备了准二维石墨烯并观测到其形貌,揭示了石墨烯二维晶体结构存在的原因。XX年Meyer发现单层石墨烯表面有一定高度的褶皱,单层石墨烯表面褶皱程度明显大于双层石墨烯,且随着石墨烯层数的增加褶皱程度越来越小。微机械剥离法可以制备出高质量石墨烯,但存在产率低和成本高的不足,不满足工业化和规模化生产要求,目前只能作为实验室小规模制备。化学气相沉积法化学气相沉积法(ChemicalVaporDeposition,CVD)首次在规模化制备石墨烯的问题
7、方面有了新的突破。CVD法是指反应物质在气态条件下发生化学反应,生成固态物质沉积在加热的固态基体表面,进而制得固体材料的工艺技术。这种方法使用的是一种以镍为基片的管状简易沉积炉,通入含碳气体,例如,碳氢化合物,它在高温下分解成碳原子沉积在镍的表面,形成石墨烯,通过轻微的化学刻蚀,使石墨烯薄膜和镍片分离得到石墨烯薄膜。这种薄膜在透光率为80%时电导率即可达到106S/m,成为目前透明导电薄膜的潜在替代品。用CVD法可以制备出高质量大面积的石墨烯,但是理想的基片材料单晶镍的价格太昂贵,这可能是影响石墨烯工业化生产的重要因素。CVD法可以满足规模化制备高质量石墨烯的要求,但成本较高,工艺复杂。氧化-
8、还原法目前,氧化-还原法以其低廉的成本且容易实现规模化的优势成为制备石墨烯的最佳方法,而且可以制备稳定的石墨烯悬浮液,解决了石墨烯不易分散的问题。氧化-还原法是指将天然石墨与强酸和强氧化性物质反应生成氧化石墨(GO),经过超声分散制备成氧化石墨烯(单层氧化石墨),加入还原剂去除氧化石墨表面的含氧基团,如羧基、环氧基和羟基,得到石墨烯。氧化-还原法被提出后,以其简单易行的工艺成为实验室制备石墨烯的最简便的方法,得到广大石墨烯研究者的青睐。氧化-还原法唯一的缺点是制备的石墨烯存在一定的缺陷,例如,五元环、七元环等拓扑缺陷或存在-OH基团的结构缺陷,这些将导致石墨烯部分电学性能的损失,使石墨烯的应用
9、受到限制。溶剂剥离法溶剂剥离法是最近两年才提出的,它的原理是将少量的石墨分散于溶剂中,形成低浓度的分散液,利用超声波的作用破坏石墨层间的范德华力,此时溶剂可以插入石墨层间,进行层层剥离,制备出石墨烯。此方法不会像氧化-还原法那样破坏石墨烯的结构,可以制备高质量的石墨烯。溶剂剥离法可以制备高质量的石墨烯,整个液相剥离的过程没有在石墨烯的表面引入任何缺陷,为其在微电子学、多功能复合材料等领域的应用提供了广阔的应用前景。唯一的缺点是产率很低,限制它的商业应用。溶剂热法溶剂热法是指在特制的密闭反应器(高压釜)中,采用有机溶剂作为反应介质,通过将反应体系加热至临界温度(或接近临界温度),在反应体系中自身
10、产生高压而进行材料制备的一种有效方法。溶剂热法因高温高压封闭体系下可制备高质量石墨烯的特点越来越受科学家的关注。溶剂热法和其他制备方法的结合将成为石墨烯制备的又一亮点。2石墨烯的性能石墨烯这一目前世界上最薄的物质首先让凝聚态物理学家们惊喜不已。由于碳原子间的作用力很强，因此即使经过多次的剥离，石墨烯的晶体结构依然相当完整，这就保证了电子能在石墨烯平面上畅通无阻的迁移，其迁移速率为传统半导体硅材料的数十至上百倍。这一优势使得石墨烯很有可能取代硅成为下一代超高频率晶体管的基础材料而广泛应用于高性能集成电路和新型纳米电子器件中。目前科学家们已经研制出了石墨烯晶体管的原型，并且乐观地预计不久就会出现全
11、由石墨烯构成的全碳电路并广泛应用于人们的日常生活中。此外，二维石墨烯材料中的电子行为与三维材料截然不同，无法用传统的量子力学加以解释，而必须运用更为复杂的相对论量子力学来阐释。因此石墨烯为相对论量子力学的研究提供了很好的平台，而在这之前科学家们只能在高能宇宙射线或高能加速器中对该理论进行验证，如今终于可以在普通环境下轻松开展研究了。石墨烯还具有超高的强度，碳原子间的强大作用力使其成为目前已知的力学强度最高的材料，并有可能作为添加剂广泛应用于新型高强度复合材料之中。石墨烯良好的导电性及其对光的高透过性又让它在透明导电薄膜的应用中独具优势，而这类薄膜在液晶显示以及太阳能电池等领域至关重要。石墨烯最
12、大的特性是其中电子的运动速度达到了光速的1/300，远远超过了电子在一般导体中的运动速度。这使得石墨烯中的电子，或更准确地，应称为“载荷子”(electricchargecarrier)，的性质和相对论性的中微子非常相似。3石墨烯的应用前景透明电极工业上已经商业化的透明薄膜材料是氧化铟锡(ITO),由于铟元素在地球上的含量有限,价格昂贵,尤其是毒性很大,使它的应用受到限制。作为炭质材料的新星,石墨烯由于拥有低维度和在低密度的条件下能形成渗透电导网络的特点被认为是氧化铟锡的替代材料,石墨烯以制备工艺简单、成本低的优点为其商业化铺平了道路。Mullen研究组通过浸渍涂布法沉积被热退火还原的石墨烯,
13、薄膜电阻为900,透光率为70%,薄膜被做成了染料太阳能电池的正极,太阳能电池的能量转化效率为026%。XX年,该研究组采用乙炔做还原气和碳源,采用高温还原方法制备了高电导率(1425S/cm)的石墨烯,为石墨烯作为导电玻璃的替代材料提供了可能。传感器电化学生物传感器技术结合了信息技术和生物技术，涉及化学、生物学、物理学和电子学等交叉学科。石墨烯出现以后，研究者发现石墨烯为电子传输提供了二维环境和在边缘部分快速多相电子转移，这使它成为电化学生物传感器的理想材料。Chen等【12】采用低温热退火的方法制备的石墨烯作为传感器的电极材料，在室温下可以检测到低浓度NO2，作者认为如果进一步提高石墨烯的
14、质量，则会提高传感器对气体检测的灵敏度。石墨烯在传感器方面表现出不同于其它材料的潜能，使越来越多的医学家关注它，目前石墨烯还被用于医学上检测多巴胺、葡萄糖等。超级电容器超级电容器是一个高效储存和传递能量的体系，它具有功率密度大，容量大，使用寿命长，经济环保等优点，被广泛应用于各种电源供应场所。石墨烯拥有高的比表面积和高的电导率，不像多孑L碳材料电极要依赖孔的分布，这使它成为最有潜力的电极材料。Chen等【13】以石墨烯为电极材料制备的超级电容器功率密度为10kWkg，能量密度为285Whkg，最大比电容为205Fg，而且经过1200次循环充放电测试后还保留90的比电容，拥有较长的循环寿命。石墨
15、烯在超级电容器方面的潜在应用受到更多的研究者关注。能源存储众所周知，材料吸附氢气量和其比表面积成正比，石墨烯拥有质量轻、高化学稳定性和高比表面积的优点，使其成为储氢材料的最佳候选者。希腊大学Froudakis等设计了新型3D碳材料，孔径尺寸可调，他们将其称为石墨烯柱。当这种新型碳材料掺杂了锂原子时，石墨烯柱的储氢量可达到61(wt)。Ataca等用钙原子(Ca)掺杂石墨烯，利用第一性原理和从头算起的方法得到石墨烯被Ca原子掺杂后储氢量约为(wt)；他们还发现氢分子的键能适合在室温下吸放氢，Ca会留在石墨烯表面，有利于循环使用。Ataca的研究结果又一次推动石墨烯储氢向前迈进一步。复合材料石墨烯
16、独特的物理、化学和机械性能为复合材料的开发提供了原动力，可望开辟诸多新颖的应用领域，诸如新型导电高分子材料、多功能聚合物复合材料和高强度多孔陶瓷材料等。Fan等【16】利用石墨烯的高比表面积和高的电子迁移率，制备了以石墨烯为支撑材料的聚苯胺石墨烯复合物，该复合物拥有高的比电容(1046Fg)远远大于纯聚苯胺的比电客115Fg。石墨烯的加入提高了复合材料的多功能性和复合材料的加工性能等，为复合材料提供了更广阔的应用领域。总结：在短短的几年间，石墨烯从一个新生儿快速成长为科学界的新星，自身优异的性能渐渐被发掘和开发，但在石墨烯的研究与应用中仍然存在很多挑战：第一，如何大规模制备高质量石墨烯；第二，石墨烯的很多性质尚不清楚，如电子性能，磁性等；第三，探索石墨烯新的应用领域，目前最有
